JPH07509348A - 多極磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 多極磁石の製造方法 本発明は、多極磁石の製造方法に関し、特に、Ｆｅ５ＢおよびＲ（ここでＲは希 土類元素である）の合金の結晶相からなる多極磁石の製造方法に関する。

磁性材料および永久磁石は、電気器具および電子デバイスを含む多くの用途で用 いられる重要な材料である。小型化への増加する要求、および電気器具および電 子デバイスによせられる大きな需要の観点から、改良磁性材料および改良永久磁 石への需要が増加してきている。

欧州特許公開第０１０１５５２号では、少なくとも１種の、三元Ｆｅ−Ｂ−Ｒタ イプ（ここでＲはイツトリウム等の希土類元素である）の安定化合物を含むＦｅ −Ｂ−Ｒタイ１合金を基材とした磁性材料が説明されており、この化合物は磁化 されて永久磁石となり得る。希土類Ｒの量は、通常８〜３０原子パーセントの範 囲である。

欧州特許公開第０１０８４７４号では、少なくとも１０原子パーセントの１種以 上の希土類元素と、０，５〜ｌＯ原子パーセントのほう素と、鉄または鉄および 遷移金属元素の混合物と、からなる磁気的に硬質な合金が説明されている。この 合金は磁気的に硬質な主要部分と、４００ナノメータ未膚の平均粒径を有する微 細な微結晶とを含んでいる。

希土類磁石の開発に伴う主要な利点の１つは、高い保磁力、または耐消磁性であ る。このことは、磁石に何かの永久的損傷が起こり得る前に、高い適用磁場が必 要とされるといつごとを意味する。このことは、（磁化方向において）非常に薄 く、アスペクト比によって既に有意な内部発生的反磁場を有する磁石に特に適切 である。多くの応用で、サイズおよび重量の制約から、非常に薄（、かつこれら タイプの磁石の高い保磁力を利用することによってのみ扱い得る磁性構成部品か 現在要請されている（か、あるいはこのような磁性構成部品から利益を得られる であろう）。

これら材料の内在的高磁気安定性は、高いパーセンテージの有効磁気強度（飽和 ）を達成するために非常に高い外部磁場を加える必要があるということを意味し ているので、これら材料の磁化に関して問題が生じる。ある溶融紡糸ＮｄＦｅＢ 合金などの等方性材料にとっては、これは更に困った状況でさえある。なぜなら ば、磁化工程で、材料内の粒子の大部分が好ましくない方向、あるいは「容易」 方向に磁化されにくい傾向があるからである。したがって、飽和値の数パーセン ト以内の磁化を達成するために、固有保磁力の３〜４倍の外部磁場が必要とされ る。これら高保磁力材料の一般的磁化方法は、銅コイルまたは銅線装置を介して 、コンデンサバンクから超大電流を放電することである。銅線の断面積は、明ら かに、抵抗熱によって銅が溶融するのを防止するのに充分な大きさでなければな らない。充分に高い磁化磁場を発生させるために、１０，０００アンペアを越え る電流も珍しくはない。

これら材料が磁化し難いという事実に加えて、それらが要求される適用のタイプ は、より過酷になってきている。例えば、これら材料の主な市場の１つは、モー タの永久磁石構成部品におけるものである。このシステムの設計によっては、こ れらは、環状に配列されて組み立てられる、別途に磁化された多数の構成部品で あってもよく、また多数の磁化された「磁極」は連続的な環状サンプルの回りに 印刷されていてもよい。組み立ての困難さおよび費用が軽減されるので、後者が 好ましい手段になってきている。

モータがより小型化しく即ちより小さなリングになり）かつ要求される磁極の数 が増加するのにつれて、高磁場を発生させるのに要求される銅巻線の物理的体積 のために、要求されるパターンの印刷の困難さが増加する。

磁化が困難な材料の組合せ、小径構成部品およびより複雑な磁化パターン（即ち 多数の磁極）は、全てが組み合わされて、既在のコンデンサ放電技術の可能性を 制限する。さらなる制限は、印刷された磁極間の遷移の精度である。精度の高い 動作が印刷パターンおよび遷移幅の精度に大いに依存するステッパモータなどの デバイスでは、磁化パターンのあらゆる側面を制御する必要があり、これらのあ るものは、従来の磁化技術で行うことが非常に困難である。設計の能力が改善さ れるにつれて、全てのモータシステムにおける磁極の高い明確さへの要請が、よ り重要となってきている。

我々は、上述の従来技術方法の不利益を回避する多極磁石の製造方法を開発した 。

したがって、本発明は多極磁石の製造方法を提供し、この方法は、ｉ）磁性材料 の粒子およびキャリヤ材料の混合物を含むインクを、基材シート上に所定のパタ ーンでスクリーン印刷またはステンシル印刷し、ｉｉ）パターン付きシートを硬 化または乾燥し、次いで基材シート平面に垂直な磁場を用い、工程（ｉ）にて所 定のパターンを形成した領域を磁化して、シートの一方側にＮ極を、他方側にＳ 極を形成し、ｉｉ）磁性材料の粒子およびキャリヤ材料の混合物を含むインクを 、基材シート上に、工程（ｉ）でのパターンと相補的（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａ ｒｙ）なパターンでスクリーン印刷またはステンシル印刷し、ここでインクは工 程（ｉ）でインクが印刷されなかった領域に印刷され、 ｉｖ）パターン付きシートを硬化または乾燥し、次いで基材シート平面に垂直な 磁場を用い、工程（ｉｉ）にて相補的パターンを形成した領域を磁化して、シー トの一方側にＮ極を、他方側；こＳ極を形成し、Ｖ）工程（ｉｖ）からのシート を裏返し、そしてｖｉ）工程（ｉｉ）からのソートと工程（ｖ）からの裏返され たシートとを一緒にして積層体を形成し、これによって多極磁石を形成する、工 程からなる。

本発明の方法で用いられる基材シートは、紙またはフィルムであってもよい。

任意に、紙またはフィルムを剥離剤で被覆してもよい。

スクリーン印刷またはステンシル印刷は、従来のスクリーンまたはステンシル印 刷装置を用いて、公知技術によって行うことができる。ここでは、メツシュサイ ズが、磁性粒子の目詰まりを回避できるのに充分なスクリーンが用いられるか、 あるいはより好ましくは（特に比較的厚い印刷層のためには）、典型的に約０゜ １〜２ｍｍ厚さの単一金属ステンシルが用いられる。スクリーンおよびステンシ ルのデザインは、従来の方法によって制作される。

磁性材料は、どのような永久磁性材料であってもよいが、好ましくはＦｅ−Ｂ− Ｒタイプ（ここでＲは希土類金属、好ましくはネオジムである）の合金である。

磁性材料は、一般的には、微細粒子形態の磁石粉体であり、好ましくは１００マ イクロメータ未満の粒子サイズを有する粉体である。キャリヤ材料は、好ましく は低粘度のキャリヤ材料であり、典型的には１０〜１０００センチボイスの範囲 の粘度を有している。キャリヤ材料は、例えば、液状樹脂としての、または適切 な溶媒に溶解されたエポキシ樹脂、空気活性化または化学活性化シリコーンゴム 、ンアノアクリレート、ポリビニルアルコール、熱硬化性または熱可塑性重合体 、または低融点金属であってもよい。本発明で用いるには、エポキシ樹脂基材キ ャリヤ材料が、一般的に好ましい。

磁性粉体は、一般的には、インク組成物の１０〜６０体積％の量で磁性インク中 に含まれている。好ましくは、磁性インクは、本発明の方法の工程（ｉ）および （ｉ）において、基材シート上にスクリーン印刷され、したがってインクは、適 切な印刷に適した粘度を有していなければならない。

基材シートが、工程（ｉ）および（ｉ）で印刷された後、パターン付きシートは 、磁化工程に先立って硬化あるいは乾燥される。例えば、エポキシ樹脂がキャリ ヤ材料として用いられた場合、これは硬化されて半硬化構造を与えるようにする ことができる。

工程（ｕ）および（ｉｖ　）で行われる磁化は、基材シートの平面に垂直な単一 磁化磁場を用いて行うことができ、シートの一方の側にＮｆｆ１を、シートの他 方の側にＳ極を作成する。このような磁化を行うのに、複雑な装置は必要とされ ない。

既に示したように、本発明の方法の工程（ｉｉ）で製造されるパターンは、工程 （ｉ）で製造されたパターンと相補的であるため、工程（ｉｖ　）からのパター ン付きソートが裏返された場合に、それは工程（ｉｉ）で製造されたパターンと 調和して多極磁石を形成する。

工程（ｉ）および（ｉｖ　）で製造されたシートの一方または両方は、本発明の 方法の工程（ｖｉ）に先立って、接着剤で被覆されてもよい。積層は、一般的に は、安定した構造を作り出すために、加熱および／または加圧下で行われる。パ ターンが表面に印刷された基材シートは、積層体のいずれかの側に維持されて、 物理的な支持および保護を与えるようにしてもよく、あるいは基材シートが適当 な剥離剤で被覆されている場合には、これらを取り除き、これによって最終装置 における空気間隙を最小化するようにしてもよい。

本発明の方法を用いて、多極磁石のストリップが製造される。これは、次いで環 形成器のまわりに巻回して、ロータアッセンブリを製造してもよい。あるいは、 多極磁石は、その直線形状で、センサまたはアクチュエータに用いてもよい。

本発明の工程（ｉ）および（血）で作成されたパターンは、バー型フォーマット の単純なパターンであってもよく、また従来の磁化方法では製造できなかったよ り複雑なパターンであってもよい。また、所望により、幾つかの異なった磁化パ ターンを１つの構成部品に組み合わせることも可能である。例えば、オフセット パターンを製造することができ、このようなパターンはステッパモータに用いら れる。あるいは、目盛り間隔は位置センサのために設けられ、またヘリンボーン パターンは光複写ローラのために製造される。本発明の方法を用いれば、多極磁 石の磁極間の明確さが高く、磁極間の間隔は、印刷技術の解像度のみによって制 限されている。さらに、構成部品のサイズは、印刷装置のサイズによってのみ制 限される。本発明の方法を用いれば、非常に薄い多極磁石（厚さ約０．２ｍｍ） を製造することができる。

本発明を、添付図面を参照してさらに説明する。図中；図１は、典型的な多極モ ータリングの図であり；図２８および２ｂは、各々、所定の磁化パターンで印刷 された、磁化後の基材ノートの平面図および側面図であり； 図３は、所定の磁化パターンで印刷された、磁化後の、積層されようとする２つ の構成部品を示し、かつ 図４は、−緒に積層された図３の２つの構成部品を示し；図５は、ステッパモー タにおける比率制御のための、１つの構成部品上に印刷されたオフセットパター ンを示し、かつ図６は、光複写ローラに用いるための、１つの構成部品上に印刷 されたヘリンボーンを示す。図を参照すれば、図１は、複数の磁化部位ｌを備え た典型的な多極モータリングを示している。各々の磁化部位１は、リングの外部 表面にＳ極を備えるか、あるいはリングの外部表面にＮ極を備えており、これら Ｎ極およびＳ極は、リングの回りに交互にある。そして、各々のセグメントは、 対極をリングの内部表面に向けており、即ち外部に向いたＳ極を有するセグメン トは、内部に向いたＮ極を有している。

図２ａおよび図２ｂを参照すると、基材シート２は、表面に印刷された磁性イン クの複数のセグメント３を有している。印刷されたセグメント３は、所定のパタ ーンで配列しており、磁場によって磁化されて、図２ｂに示されるように、上を 向く複数のＮｍと下を向く複数のＳ極とが形成されている。

図３を参照すると、印刷されたセグメント３の所定のパターンを有する基材シー ト２は、所定のパターンで印刷されたセグメント５を有する相補的基材シート４ の上方に配置されている。基材シート４上の印刷されたセグメント５は、図３に 断面を示すように、磁石のＮ極が下を向き、磁石のＳ極が上を向くように磁化さ れる。このように、基材シート４の印刷されたパターンは、基材シート２のそれ に対して相補的である。

図４は、基材シート２および４を一緒に積層することによって製造された積層体 を示している。最終テープにおいて、テープの長さに沿って、セグメント３がセ グメント５と交互にあることが注目される。基材シート２および４は、剥離材料 で被覆されている場合、所望により、積層アセンブリから取り除いてもよい。

積層工程中における２つの構成部品の接着が、バインダの更なる硬化によって行 われない場合には、シート４のシート２への積層に先立って、シートの一方また は両方を適当な接着剤でスプレーし、次いで加熱および／または加圧により積層 を行ってもよい。

図４に示される積層アセンブリは、図１に示されるような多重ロータを形成する のに用いることができる。

図５は、ステッパモータの比率制御を提供するために印刷されたオフセットパタ ーンを印刷された、積層体の一方の構成部品を示している。領域７および８は、 一定であり、かつ異なるピッチを有するパターンで磁性インクによって印刷され ている。次いで、２つの構成部品は上述と同様の方法で積層される。パターン化 領域７および８間の間隔は、積層体を形成するために、第二構成部品（不図示） 上に印刷された相補的パターンを受容するように選択される。

図６は、領域９として、ヘリンボーンパターンが印刷された、積層体の一方の構 成部品を示している。領域９間の間隔は、積層体を形成するために、第二構成部 品（不図示）上に印刷された相補的パターンを受容するように選択される。

本発明を、以下の実施例を参照して更に説明する。

実施例１ 一連のスロット（１ｍｍ幅、５ｍｍ長さ、均一に１．５ｍｍ離間した間隔）を有 し、ステンレススチールを０．２５ｍｍ厚さに切断してなるステンシルマスクを 介して磁性ペーストをスクリーン印刷し、図７に示されるような印刷パターンを 作成して、印刷された磁石パターンを製造した。

磁性ペーストは、低速度硬化、低粘度液体エポキシ樹脂システムに分散された、 ５０体積％含有量の、Ｍａｇｎｅｑｕａｎｃｈ　ＭＱＰ−Ｄ　ＮｄＦｅＢ粉体（ サイズ、〈６３μ、）から調製した。

ペーストは、厚さ０．１ｍｍのポリスチル（ｐｏｌｙｓｔｅｒ）シート基板上に 、手作業でステンシル印刷した後、磁化の前に、１００℃にて３０〜６０分間硬 化させた。

印刷された磁石パターンは、印刷基板を、電磁石の接近して離間した磁極（略５ ｍｍの磁極間隔）の間に置き、１０秒間フルパワー（１２０Ｖ、１２．５Ａ）を かけることによって磁化させた。

印刷されたストライプは、この様にして、基板に対して直角に磁化された。全て の印刷されたパターンは、印刷側が磁化方向における名目上の「北」　（図２ａ および２ｂ）を与えられるように、磁化磁極間で同一の方向に配列されている。

次いで、一対の印刷パターンを、印刷側を内向きにして積層して、図３および４ に示すように、最外層を形成する基板を有した対極の交互パターンを、その表面 に形成する。

実際的には、印刷および硬化の間の磁性ペーストの僅かな「スラツピング」のた め、２つの層が噛合えるようにするには、印刷されたバー間の隔たりを、その幅 よりも若干広くする必要がある。この実施例では、幅１ｍｍのバーが、各々の基 板上に１．５ｍｍのバー間の隔たりを持って印刷されている。２つの基板のいず れかに印刷された磁石間の距離を制御することによって、噛合ったパターンの曲 率半径を制御でき、それを、例えば、筒状ロータに使用することが可能となる。

磁気「プロフィール」測定を、駆動腕の基部に、高感度線型ホール効果センサ（ タイプＵＧＮ３５０３）が取着された３軸（ＸＹＺ）テーブルを用いて行った。

位置決めおよびセンサの磁場強度測定は、いずれもコンピュータ制御によって行 った。

Ｎ極およびＳ極の遷移が交互に存在する、幅１ｍｍの磁極が噛合ったパターンで 得られた結果は、有限要素モデルとの良好な一致を与え、規則正しい正弦的磁化 パターンを示した。

各々０．７５．１．２５および２．２５ｍｍの増加する総実効空隙（ｔｏｔａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ａｉｒｇａｐｇ　ｓ　Ｔ　Ｅ　Ａ　Ｇ　Ｓ　）での上記で 製造された噛合い配列の測定結果が、図８．９および１０に示されている。ＴＥ ＡＧは、センサの能動素子および印刷された磁石表面からの距離である。基板表 面では、０．７５ｍｍ（図８）の実効空隙のＴＥＡＧに対応して、磁場が、測定 経路に沿って正弦的に、各々の交互磁極の中心に±２０ｍＴ（±２００ガウス） のピーク値を持って変化している。１゜２５および２．２５ｍｍ（図９および１ ０）のより大きなＴＥＡＧＳでは、測定磁場のレベルが落ちる。

図８．９および１０の結果は、各々図１１，１２および１３に示される、０゜７ ５．１．２５および２．２５ｍｍのＴＥＡＧＳのための有限要素モデルの計算値 と良く一致している。

Ｃ Ｒ／＃　噛　合（４７ｑ−【コ・力 Ｅ９をＩ噛合 ８１０励噛合 フロントページの続き （７２）発明者　ジェフリー；ステイーブン　ロイ。

英国　オーエックス５２エツクスエイ。

オクソン、キッドリントン、ホワイト　ウェイ　躬。

（７２）発明者　キャンベル；ジョーン　スチュアート。

英国　ニスエル９７ビージー、パック ス、ギャラーズ　クロス、キャンプ　ロード、ハンブルトン。

（７２）発明者　ホルト；リン。

英国　オーエックス８８ビーワイ、ウィツトニー、ロング　ハンボロウ、ミルウ ッド　エンド　舛。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．ｉ）磁性材料の粒子およびキャリや材料の混合物を含むインクを、基材シー ト上に所定のパターンでスクリーン印刷またはステンシル印刷し、ｉｉ）パター ン付きシートを硬化または乾燥し、次いで基材シート平面に垂直な磁場を用い、 工程（ｉ）にて所定のパターンを形成した領域を磁化して、シートの一方側にＮ 極を、他方側にＳ極を形成し、ｉｉｉ）磁性材料の粒子およびキャリヤ材料の混 合物を含むインクを、基材シート上に、工程（ｉ）でのパターンと相補的なパタ ーンでスクリーン印刷またはステンシル印刷し、ここでインクは工程（ｉ）でイ ンクが印刷されなかった領域に印刷され、 ｉｖ）パターン付きシートを硬化または乾燥し、次いで基材シート平面に垂直な 磁場を用い、工程（ｉｉｉ）にて相補的パターンを形成した領域を磁化して、シ ートの一方側にＮ極を、他方側にＳ極を形成し、ｖ）工程（ｉｖ）からのシート を裏返し、そしてｖｉ）工程（ｉｉ）からのフートと工程（ｖ）からの裏返され たシートとを一緒にして積層体を形成し、これによって多極磁石を形成する、工 程からなる多極磁石の製造方法。
2. ２．前記基材シートが、紙またはフィルム材料である請求項１に記載の方法。
3. ３．前記磁石材料が、Ｆｅ−Ｂ−Ｒタイプ（ここでＲは希土類金属である）の合 金である請求項１または２に記載の方法。
4. ４．前記希土類金属が、ネオジムである請求項３に記載の方法。
5. ５．前記磁石材料が、１００マイクロメータ未満の粒子サイズを有する上記請求 項のいずれかに記載の方法。
6. ６．前記キャリヤ材料が、エポキシ樹脂を基材とするキャリヤ材料、空気活性化 または化学活性化シリコーンゴム、シアノアクリレート、ポリビニルアルコール 、熱硬化性または熱可塑性重合体、または低融点金属である上記請求項のいずれ かに記載の方法。
7. ７．工程（ｉｉ）および（ｉｖ）で製造されたシートの一方または両方が、工程 （ｖｉ）での積層に先立って、接着剤で被覆される上記請求項のいずれかに記載 の方法。
8. ８．前記基材シートが、適当な剥離剤で彼覆され、工程（ｖｉ）での積層体の形 成後に取り除かれる上記請求項のいずれかに記載の方法。
9. ９．前記インクが、スクリーンまたはステンシル印刷技術を用いて、工程（ｉ） および（ｉｉｉ）において、基材シート上に印刷される上記請求項のいずれかに 記載の方法。
10. １０．上記請求項のいずれかに記載の方法で製造される多極磁石。
11. １１．環形成器に巻回してロータアセンブリを製造する請求項１０に記載の多極 磁石。
12. １２．線型形態でセンサまたはアクチュエータに用いられる請求項１０に記載の 多極磁石。